थोरियम फिल्म निकट भविष्य की परमाणु घड़ियों में क्रिस्टल की जगह ले सकती है

यूसीएलए भौतिकविदों ने एक नई फिल्म विकसित की है जिसके लिए दुर्लभ थोरियम-229 की बहुत कम आवश्यकता होती है और यह काफी कम रेडियोधर्मी है।

चाबी छीनना

• लेजर किरण से टकराने पर पारदर्शी क्रिस्टल में एम्बेडेड थोरियम -229 के नाभिक को उत्तेजित करने वाली परमाणु घड़ियाँ समय और गुरुत्वाकर्षण का अब तक का सबसे सटीक माप प्राप्त कर सकती हैं, और यहां तक ​​कि भौतिकी के कुछ मूलभूत नियमों को फिर से लिख सकती हैं।
• थोरियम-229-डोप्ड क्रिस्टल दुर्लभ और रेडियोधर्मी दोनों हैं।
• थोरियम-229 के सूखे अग्रदूत का उपयोग करने वाली एक पतली फिल्म क्रिस्टल के समान परमाणु उत्तेजना दिखाती है, लेकिन इसकी कम लागत और रेडियोधर्मिता, और छोटे आकार का मतलब है कि इसका उत्पादन छोटे, कम महंगे, अधिक पोर्टेबल परमाणु बनाने के लिए अधिक आसानी से बढ़ाया जा सकता है। घड़ियाँ.

इस गर्मी में, यूसीएलए भौतिक विज्ञानी एक पारदर्शी क्रिस्टल में थोरियम-229 परमाणु के नाभिक को प्राप्त करने में सफल रहे, जो एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की तरह फोटॉन को अवशोषित और उत्सर्जित करता है, जिससे दशकों से चली आ रही अटकलें खत्म हो गईं कि क्या ऐसी उपलब्धि संभव है। लेजर का उपयोग करके परमाणु के नाभिक की ऊर्जा स्थिति को बढ़ाना, या इसे उत्तेजित करना, अब तक मौजूद सबसे सटीक परमाणु घड़ियों के विकास की अनुमति देगा और समय और गुरुत्वाकर्षण के सबसे सटीक माप की अनुमति देगा। ऐसी परमाणु घड़ी भौतिकी के कुछ मूलभूत नियमों को भी फिर से लिख सकती है।

लेकिन एक समस्या है: थोरियम-229-डोप्ड क्रिस्टल दुर्लभ और रेडियोधर्मी दोनों हैं। नेचर में प्रकाशित एक नए पेपर में, यूसीएलए के रसायनज्ञों और भौतिकविदों की एक टीम ने थोरियम-2 29 प्रीकर से बनी पतली फाइबर के विकास की समस्या को भी हल कर लिया है, जिसके लिए बहुत कम थोरियम-229 की आवश्यकता होती है और यह केले जितना रेडियोधर्मी होता है। . इन फिल्मों का उपयोग करते हुए, उन्होंने परमाणु घड़ी के लिए आवश्यक लेजर-चालित परमाणु उत्तेजना को दिखाया। फिल्म का उत्पादन न केवल परमाणु घड़ियों में बल्कि अन्य क्वांटम ऑप्टिक्स अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए बढ़ाया जा सकता है।

फ्लोरीन-आधारित क्रिस्टल में शुद्ध थोरियम परमाणु को एम्बेड करने के बजाय, नई विधि में थोरियम-229 की सूखी नाइट्रेट मूल सामग्री का उपयोग किया जाता है, जिसे अल्ट्राप्योर पानी में घोलकर क्रूसिबल में पिपेट किया जाता है। हाइड्रोजन फ्लोराइड मिलाने से कुछ माइक्रोग्राम थोरियम-229 अवक्षेप प्राप्त होता है जिसे पानी से अलग किया जाता है और तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि यह वाष्पित न हो जाए और पारदर्शी नीलमणि और मैग्नीशियम फ्लोराइड सतहों पर असमान रूप से संघनित न हो जाए।

वैक्यूम पराबैंगनी लेजर प्रणाली से प्रकाश को लक्ष्य पर निर्देशित किया गया था, जहां इसने परमाणु स्थिति को उत्तेजित किया जैसा कि पहले यूसीएलए अनुसंधान में बताया गया था, और बाद में नाभिक द्वारा उत्सर्जित फोटॉन एकत्र किए गए थे।

“मूल सामग्री – थोरियम फ्लोराइड – का उपयोग करने का एक प्रमुख लाभ यह है कि सभी थोरियम नाभिक एक ही स्थानीय परमाणु वातावरण में हैं और नाभिक पर एक ही विद्युत क्षेत्र का अनुभव करते हैं,” सह-लेखक और चार्ल्स डब्ल्यू क्लिफोर्ड जूनियर प्रोफेसर ने कहा। रसायन विज्ञान और जैव रसायन, और यूसीएलए में सामग्री विज्ञान और इंजीनियरिंग के प्रोफेसर, अनास्तासिया अलेक्जेंड्रोवा। “इससे सभी थोरियम समान उत्तेजना ऊर्जा प्रदर्शित करते हैं, जिससे एक स्थिर और अधिक सटीक घड़ी बनती है। इस तरह, सामग्री अद्वितीय है।”

प्रत्येक घड़ी के केंद्र में एक थरथरानवाला होता है। घड़ी समय को परिभाषित करके संचालित होती है कि थरथरानवाला को एक निश्चित संख्या में दोलनों से गुजरने में कितना समय लगता है। दादाजी की घड़ी में, एक सेकंड को पेंडुलम के एक बार आगे और पीछे जाने के समय के रूप में परिभाषित किया जा सकता है; एक कलाई घड़ी के क्वार्ट्ज ऑसिलेटर में, यह आमतौर पर क्रिस्टल के लगभग 32,0000 कंपन होता है।

थोरियम परमाणु घड़ी में, एक सेकंड नाभिक के लगभग 2,020,407,300,000,000 उत्तेजना और विश्राम चक्र के बराबर होता है। यह उच्च टिक दर घड़ी को अधिक सटीक बना सकती है, बशर्ते टिक दर स्थिर हो; यदि टिक दर में परिवर्तन होता है, तो घड़ी समय का गलत आकलन करेगी। इस कार्य में वर्णित पतली फिल्में न्यूक्लियर के लिए एक स्थिर वातावरण प्रदान करती हैं जिसका निर्माण आसानी से होता है और इसमें माइक्रोफैब्रिकेटेड उपकरणों का उत्पादन करने की क्षमता होती है। इससे परमाणु घड़ियों के व्यापक उपयोग की अनुमति मिल सकती है क्योंकि यह उन्हें सस्ता और उत्पादन करना आसान बनाता है।

इलेक्ट्रॉनों पर आधारित मौजूदा परमाणु घड़ियाँ कमरे के आकार के उपकरण हैं जिनमें परमाणुओं और शीतलन से जुड़े उपकरणों को फंसाने के लिए वैक्यूम कक्ष होते हैं। थोरियम आधारित परमाणु घड़ी बहुत छोटी, अधिक मजबूत, अधिक पोर्टेबल और अधिक सटीक होगी।

व्यावसायिक अनुप्रयोगों से ऊपर और परे, नई परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी ब्रह्मांड के कुछ सबसे बड़े रहस्यों से पर्दा हटा सकती है। किसी परमाणु के नाभिक का संवेदनशील माप उसके गुणों और ऊर्जा और पर्यावरण के साथ बातचीत के बारे में जानने का एक नया तरीका खोलता है। यह, बदले में, वैज्ञानिकों को पदार्थ, ऊर्जा और अंतरिक्ष और समय के नियमों के बारे में उनके कुछ सबसे मौलिक विचारों का परीक्षण करने देगा।